本發(fā)明涉及食品生產(chǎn)，尤其涉及面包品質(zhì)智能預(yù)測與評估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展，面包作為一種日常消費品，其品質(zhì)要求日益提高，傳統(tǒng)面包制作過程中，面包品質(zhì)的穩(wěn)定性主要依賴于手工經(jīng)驗和操作，難以在大規(guī)模生產(chǎn)中保持一致性，特別是在面包的發(fā)酵和烘焙過程中，發(fā)酵氣體的生成速率、烘焙溫度、時間等工藝參數(shù)對面包的膨脹、色澤和紋理有著決定性影響，如何通過智能化手段實時監(jiān)測和控制這些關(guān)鍵參數(shù)，確保面包在不同生產(chǎn)條件下的品質(zhì)一致性，是當(dāng)前面包生產(chǎn)技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

2、現(xiàn)有的面包生產(chǎn)工藝在很大程度上依賴于操作人員的經(jīng)驗，對原材料特性、發(fā)酵氣體生成速率、烘焙時間和溫度等關(guān)鍵參數(shù)的控制缺乏精確性和實時調(diào)整能力，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量易出現(xiàn)波動，此外，現(xiàn)有系統(tǒng)多為獨立的監(jiān)測設(shè)備，各個環(huán)節(jié)之間缺乏聯(lián)動機制，導(dǎo)致在發(fā)酵、烘焙以及品質(zhì)評估上存在脫節(jié)，無法動態(tài)調(diào)節(jié)并同步優(yōu)化生產(chǎn)過程，特別是對于表面色澤、紋理等重要的外觀特征，缺乏智能化監(jiān)測手段，導(dǎo)致烘焙效果不理想，產(chǎn)品的一致性和自動化水平較低，生產(chǎn)效率和質(zhì)量保障均有待提升。

3、本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提供一種面包品質(zhì)智能預(yù)測與評估系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，為面包生產(chǎn)過程提供全方位、智能化的控制方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了面包品質(zhì)智能預(yù)測與評估系統(tǒng)。

2、面包品質(zhì)智能預(yù)測與評估系統(tǒng)，包括原料監(jiān)測模塊、發(fā)酵氣體生成速率控制模塊、表面色澤與紋理預(yù)測優(yōu)化模塊以及品質(zhì)預(yù)測與評估模塊，其中；

3、所述原料監(jiān)測模塊實時監(jiān)測面包制作過程中原材料的特性數(shù)據(jù)，包括面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比；

4、所述發(fā)酵氣體生成速率控制模塊在面團發(fā)酵過程中實時監(jiān)測面團內(nèi)部二氧化碳的生成速率，并通過動態(tài)調(diào)節(jié)發(fā)酵環(huán)境和發(fā)酵時間，控制發(fā)酵氣體的生成速率；

5、所述表面色澤與紋理預(yù)測優(yōu)化模塊在面包烘焙過程中，實時監(jiān)測面包表面的色澤和紋理變化，預(yù)測面包的最佳烘焙時間和溫度，動態(tài)調(diào)整烤箱的烘焙參數(shù)，包括加熱溫度和烘焙時間，具體包括：

6、表面色澤監(jiān)測：實時監(jiān)測面包在烘焙過程中的表面色澤變化，并將監(jiān)測到的實際色澤數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的理想色澤標(biāo)準進行對比，分析面包的當(dāng)前烘焙進度是否達到最佳色澤；

7、表面紋理分析：實時分析面包表面的紋理特征，包括面包表面的光滑度、氣泡分布、裂紋，并與預(yù)設(shè)的標(biāo)準紋理數(shù)據(jù)對比，分析當(dāng)前面包表面的紋理是否符合理想狀態(tài)；

8、烘焙參數(shù)動態(tài)調(diào)整：基于表面色澤以及表面紋理的分析結(jié)果，自動優(yōu)化烤箱的烘焙參數(shù)，包括加熱溫度和烘焙時間；

9、所述品質(zhì)預(yù)測與評估模塊基于監(jiān)測的原材料特性數(shù)據(jù)、控制后的發(fā)酵氣體生成速率和調(diào)整后的烤箱烘焙參數(shù)，預(yù)測面包的最終品質(zhì)并生成評分。

10、可選的，所述原料監(jiān)測模塊包括：

11、蛋白質(zhì)含量檢測：通過近紅外光譜分析儀（nir），對面粉中的蛋白質(zhì)含量進行實時檢測，通過吸收光譜的變化來判斷面粉中蛋白質(zhì)的濃度；

12、水的純度檢測：通過電導(dǎo)率傳感器對用于面團制作的水的純度進行實時監(jiān)測，檢測水中的電導(dǎo)率變化，判斷水中礦物質(zhì)和雜質(zhì)的含量，并生成純度數(shù)據(jù)；

13、酵母活性檢測：通過氣體分析儀實時檢測發(fā)酵過程中酵母產(chǎn)生的二氧化碳速率，從而判斷酵母的活性水平；

14、輔料配比監(jiān)測：通過配料稱量設(shè)備實時監(jiān)控輔料（糖、鹽、油）的配比，并自動記錄每種輔料的投放重量。

15、可選的，所述發(fā)酵氣體生成速率控制模塊包括：

16、二氧化碳生成速率監(jiān)測：通過集成氣體傳感器實時監(jiān)測面團內(nèi)部二氧化碳的生成速率，捕捉發(fā)酵過程中二氧化碳的濃度變化，并記錄氣體生成的速率數(shù)據(jù)；

17、發(fā)酵環(huán)境參數(shù)監(jiān)測：通過溫度傳感器以及濕度傳感器實時監(jiān)測發(fā)酵過程中面團所在環(huán)境的溫度和濕度；

18、動態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)：基于監(jiān)測到的二氧化碳生成速率以及實時發(fā)酵環(huán)境參數(shù)，調(diào)整發(fā)酵環(huán)境參數(shù)和發(fā)酵時間，動態(tài)控制發(fā)酵過程中的氣體生成速率。

19、可選的，所述二氧化碳生成速率監(jiān)測包括：

20、氣體傳感器嵌入：將氣體傳感器嵌入到發(fā)酵容器中，面團置于發(fā)酵容器中；

21、二氧化碳濃度捕捉：氣體傳感器持續(xù)監(jiān)測發(fā)酵過程中二氧化碳的濃度變化，通過對二氧化碳的吸收和釋放反應(yīng)，識別生成的氣體量和發(fā)酵進展；

22、生成速率數(shù)據(jù)記錄：根據(jù)氣體傳感器捕捉到的二氧化碳濃度變化，自動計算二氧化碳生成速率，并將記錄到數(shù)據(jù)庫中。

23、可選的，所述動態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)包括：

24、計算與目標(biāo)值的偏差：將實時監(jiān)測的二氧化碳生成速率與預(yù)設(shè)的目標(biāo)速率進行比較，計算偏差；

25、調(diào)整溫度參數(shù)：根據(jù)二氧化碳生成速率的偏差，動態(tài)調(diào)整發(fā)酵環(huán)境中的溫度；

26、調(diào)整濕度參數(shù)：根據(jù)監(jiān)測到的二氧化碳生成速率的偏差，自動調(diào)整發(fā)酵環(huán)境的濕度，確保濕度在理想范圍內(nèi)；

27、發(fā)酵時間調(diào)節(jié)：根據(jù)二氧化碳生成速率的變化趨勢，自動調(diào)整發(fā)酵時間。

28、可選的，所述表面色澤監(jiān)測包括：

29、多光譜成像數(shù)據(jù)采集：通過集成的多光譜攝像頭，實時捕捉面包表面在不同光譜下的光反射數(shù)據(jù)，獲取面包在烘焙過程中不同波長下的表面顏色變化信息；

30、顏色數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與提取：通過xyz顏色空間將多光譜成像獲取的光反射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為顏色空間中的明度、紅綠軸和藍黃軸的值，用于分析面包的表面顏色；

31、色差計算：通過色差分析算法，將監(jiān)測到的實際色澤數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的理想色澤標(biāo)準進行對比，計算色差；

32、烘焙進度分析：根據(jù)計算出的色差，與設(shè)定的色差閾值進行對比，若色差小于色差閾值，表明面包表面已達到理想色澤。

33、可選的，所述表面紋理分析包括：

34、圖像數(shù)據(jù)采集：通過攝像頭實時采集面包表面的圖像數(shù)據(jù)；

35、紋理特征提?。菏褂镁矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（cnn）模型提取圖像數(shù)據(jù)中的紋理特征，包括面包表面的光滑度、氣泡和裂紋；

36、與標(biāo)準紋理數(shù)據(jù)對比：將提取的實際紋理特征數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準紋理數(shù)據(jù)進行對比，計算偏差，分析當(dāng)前面包表面的紋理狀態(tài)是否符合理想狀態(tài)；

37、進度分析：根據(jù)偏差判斷面包的烘焙進度是否達標(biāo)，若偏差超過預(yù)設(shè)的紋理閾值，表示面包的烘焙進度未達標(biāo)。

38、可選的，所述卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（cnn）模型包括：

39、多尺度卷積層設(shè)計：采用多尺度卷積層捕捉不同尺度下的紋理特征（如大氣泡、小裂紋等），通過使用不同大小的卷積核（如和），同時提取大尺度和小尺度的紋理特征信息；

40、紋理感知池化層：使用紋理感知池化層提取面包表面的紋理信息，根據(jù)局部紋理特征的變化自適應(yīng)地調(diào)整池化窗口；

41、多任務(wù)損失函數(shù)：使用多任務(wù)損失函數(shù)，同時處理光滑度、氣泡和裂紋的紋理特征，分別計算每個特征的損失，并進行加權(quán)求和；

42、輸出層：在最終的輸出層，分別輸出光滑度、氣泡和裂紋的特征值。

43、可選的，所述烘焙參數(shù)動態(tài)調(diào)整包括：

44、表面色澤分析：通過監(jiān)測面包烘焙過程中表面色澤變化，計算色差，判斷當(dāng)前色澤是否達到最佳色澤；

45、表面紋理分析：通過實時分析面包表面的紋理特征（光滑度、氣泡分布、裂紋），計算紋理偏差，判斷面包表面的紋理狀態(tài)是否符合理想狀態(tài)；

46、參數(shù)優(yōu)化計算：基于色澤和紋理分析結(jié)果，使用比例積分微分控制（pid）算法動態(tài)調(diào)整烤箱的加熱溫度和烘焙時間。

47、可選的，所述品質(zhì)預(yù)測與評估模塊包括：

48、原材料特性評分：通過對面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比進行加權(quán)處理，生成原材料特性評分；

49、發(fā)酵評分：基于調(diào)整后的發(fā)酵氣體生成速率，計算發(fā)酵評分；

50、烘焙評分：基于調(diào)整后的烘焙溫度和時間，計算烘焙評分；

51、最終品質(zhì)評分：綜合發(fā)酵評分、烘焙評分和原材料評分，通過加權(quán)計算最終品質(zhì)評分。

52、本發(fā)明的有益效果：

53、本發(fā)明，通過智能化的原料監(jiān)測模塊，能夠?qū)崟r監(jiān)測面包制作過程中原材料的關(guān)鍵特性數(shù)據(jù)，包括面粉的蛋白質(zhì)含量、水的純度、酵母的活性以及輔料的配比，通過精確的原料檢測，系統(tǒng)確保了每一批面包制作原料的質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性，減少了由于原料質(zhì)量波動導(dǎo)致的成品差異，從而為發(fā)酵和烘焙過程提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，這種精確的原料監(jiān)測不僅有效避免了人為誤差，還提高了整體生產(chǎn)效率。

54、本發(fā)明，通過發(fā)酵氣體生成速率控制模塊和表面色澤與紋理預(yù)測優(yōu)化模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對面包發(fā)酵和烘焙過程的實時監(jiān)控和動態(tài)調(diào)整，通過對發(fā)酵過程中二氧化碳生成速率、發(fā)酵環(huán)境參數(shù)以及烘焙過程中的色澤和紋理進行精準控制，系統(tǒng)能夠有效優(yōu)化發(fā)酵和烘焙參數(shù)，確保面包的膨脹效果和外觀質(zhì)量始終處于理想狀態(tài)，發(fā)酵和烘焙參數(shù)的自動化調(diào)節(jié)顯著減少了人為干預(yù)，提升了生產(chǎn)過程的自動化水平和質(zhì)量控制精度。

55、本發(fā)明，通過品質(zhì)預(yù)測與評估模塊結(jié)合了原材料特性、發(fā)酵過程和烘焙參數(shù)的綜合評分系統(tǒng)，能夠動態(tài)評估和預(yù)測面包的最終品質(zhì)，通過加權(quán)計算原材料評分、發(fā)酵評分和烘焙評分，系統(tǒng)能夠精確預(yù)測面包的外觀、質(zhì)地和風(fēng)味等核心品質(zhì)特征，確保了面包生產(chǎn)的穩(wěn)定性和高質(zhì)量輸出，提高了整個生產(chǎn)過程的精度和智能化水平，使得生產(chǎn)中的各環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)、互為支持，保證了最終產(chǎn)品的一致性和高品質(zhì)。